鮮食大豆機械化脫莢、清選、剝殼技術(shù)探析,農(nóng)業(yè)機械化論文

鮮食大豆機械化脫莢、清選、剝殼技術(shù)探析,農(nóng)業(yè)機械化論文摘要：近年來，隨著鮮食大豆種植面積的不斷擴大，對其機械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機械化技術(shù)主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等。分別對上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析，為我們國家鮮食大豆生產(chǎn)機械化程度的提高提供了參考根據(jù)。本文關(guān)鍵詞語：鮮食大豆;機械化;研究;鮮食大豆亦稱為菜用大豆或毛豆，營養(yǎng)價值較高，可謂物美價廉，人們對鮮食大豆的需求量也逐年增加，隨著種植面積的不斷擴大，對其機械化生產(chǎn)水平的要求也越來越高。近年來，國內(nèi)很多高校、科研院所及企業(yè)積極投身到鮮食大豆全程機械化裝備的研究中，市場上也不斷涌現(xiàn)出各式各樣的鮮食大豆機械化裝備，為我們國家鮮食大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了較強的技術(shù)保障和產(chǎn)品支持。當(dāng)前，我們國家鮮食大豆全程機械化生產(chǎn)中的耕整、播種、施肥和植保等機械化裝備較為完善和成熟，鮮食大豆采收和成品加工等裝備也得到明顯的進(jìn)步和發(fā)展，華而不實，影響鮮食大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵機械化技術(shù)及裝備主要包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等，本文在綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，分別對上述關(guān)鍵技術(shù)工作原理進(jìn)行了研究分析。1、鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)豆莢脫莢技術(shù)是鮮食大豆收獲經(jīng)過中的關(guān)鍵技術(shù)，它將直接影響到鮮食大豆產(chǎn)品品質(zhì)。摘莢經(jīng)過中摘凈率高、摘莢損傷小、摘莢損失少，是高效摘莢技術(shù)的核心要素，廣大科研人員對摘莢技術(shù)的研究主要圍繞這些核心要素進(jìn)行開展，主要有下面幾種脫莢型式。1.1、螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)主要工作原理是:首先滾筒前端的扶禾機構(gòu)將鮮食大豆整株喂入滾筒內(nèi)，在滾筒上螺旋狀固定排列剛性螺旋桿，滾筒中軸線上安裝焊接圓盤，滾筒內(nèi)壁設(shè)有由6圈螺旋桿組成的螺旋刷子，兩者旋轉(zhuǎn)方向相反，組成了脫莢機構(gòu)的執(zhí)行部件，在進(jìn)行脫莢作業(yè)時，兩者由于存在速度差且方向相反，進(jìn)而將喂入到滾筒內(nèi)的鮮食大豆豆莢梳刷下來，實現(xiàn)豆莢脫莢。該技術(shù)主要是美國在21世紀(jì)初期研究的產(chǎn)物。1.2、滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)脫莢工作原理是:在滾筒內(nèi)部裝配有彈齒，此脫莢彈齒圍繞滾筒中軸線做旋轉(zhuǎn)運動，當(dāng)整株莖稈喂入進(jìn)來后，其上豆莢從莖稈上被彈齒梳脫下來，豆莢與豆稈分離，滾筒后方的無損輸送裝置將豆莢運送至料箱，進(jìn)而完成鮮食大豆豆莢脫莢。美國OXBO公司和日本勇士公司都是采用此種豆莢脫莢技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)脫莢機械化，但由于價格過高、落莢和漏采損失較大，非常不適宜我們國家國情。1.3、雙脫莢輥式脫莢技術(shù)脫莢機的脫莢裝置主要由兩個脫莢輥組構(gòu)成，脫莢輥組軸線與輸送方向分別呈70和45的夾角，如此圖1所示。每個輥組由上、下脫莢輥組成，每個輥軸上安裝間隔分布且90互相交織排列延伸的柔性脫莢齒。其工作原理是:鮮食大豆植株喂入到上脫莢輥和下脫莢輥之間后，交織排列的柔性脫莢齒對其擊打，豆莢脫落，實現(xiàn)脫莢，未脫莢的鮮食大豆植株在脫莢經(jīng)過中經(jīng)過兩次兩種方向的柔性脫莢齒擊打，進(jìn)一步提高了脫莢率。此項柔性脫莢技術(shù)有效解決了脫莢經(jīng)過中的脫莢不凈和堵塞等問題，很大程度上降低了脫莢破損率。該技術(shù)是由農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所的秦廣明、肖宏儒、宋志禹等科研人員提出的并設(shè)計了脫莢裝置，經(jīng)過田間試驗，進(jìn)行了性能測試，對鮮食大豆脫莢機生產(chǎn)率、清潔度、脫凈率及破碎率等性能指標(biāo)進(jìn)行了分別測試，均到達(dá)了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。缺乏的是該機器是臺式場上作業(yè)機，需要提早把鮮食大豆收割，增加了工序，而且該脫莢機是單株喂入式，工作效率不夠高。圖1雙脫莢輥脫莢裝置構(gòu)造簡圖1．減速裝置;2．脫莢齒;3．上脫莢輥組;4．下脫莢輥組。1.4、雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)該技術(shù)采用的是雙彈指構(gòu)造，固定彈指和伸縮架安裝在采摘滾筒上，伸縮架上安裝有伸縮彈指，并在其上的固定板兩端安裝滾輪，滾輪設(shè)置在偏心輪盤的輪槽中，這樣，偏心輪槽使得伸縮彈指與滾筒上的固定彈指不斷的配合與分開，兩者相對運動，仿生人工采摘，進(jìn)而到達(dá)摘莢和卸載豆莢并到達(dá)無損傷毛豆莢的目的。毛豆采摘原理，如此圖2所示。采用雙彈指式采摘裝置，提高了摘凈率，降低了破損率，雙彈指互相作用配合不斷開合，大大降低了雜物堵塞率，為后續(xù)豆、葉的分離提供了方便。武漢科技大學(xué)的涂福泉教授及其團(tuán)隊經(jīng)過不懈努力，在分析國內(nèi)外毛豆采摘機優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，改良創(chuàng)造了此項技術(shù)，并制造了相應(yīng)的農(nóng)機裝備，經(jīng)過田間試驗驗證，雙彈指式鮮食大豆采摘裝置的效果非常明顯，符合設(shè)計要求。圖2雙彈指式毛豆采摘原理圖1．傳送帶;2．固定彈指;3．伸縮彈指;4．采摘滾筒;5．偏心輪盤滑槽;6．毛豆植株。2、高效清選技術(shù)傳統(tǒng)的清選系統(tǒng)(如此圖3所示)組成部分主要有振動篩、清選風(fēng)機、滾軸篩及輸送帶等。清選類型有篩子式、氣流式及氣流篩子組合式等，篩子主要有沖孔篩、編織篩和魚眼篩等類型。鮮食大豆用傳統(tǒng)的清選裝置效果普遍不好，分析其原因是鮮食大豆豆莢水分大，還有絨毛，導(dǎo)致其豆莢之間、豆莢與清選部件之間摩擦力相比普通物料較大，而且在采摘豆莢時，掉落的莖葉和雜草與豆莢摻雜在一起，非常不利于清雜。圖3清洗系統(tǒng)簡圖1．機架;2．重雜出口;3．風(fēng)機;4．振動篩;5．豆莢出口;6．滾軸篩;7．輸送帶及料斗。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院的余永昌教授團(tuán)隊，主要從事菜用大豆收獲機械化研究，設(shè)計了一種高效的清選裝置，即采用滾軸篩(如此圖4所示)。該滾軸篩即設(shè)計一排光軸，光軸間距為11mm，間距略大于豆莢厚度，由于光軸之間的摩擦力很小，在齒輪的帶動下，落在光軸上的物料及莖葉等向后運動，同時豆莢被分散開，從光軸之間的縫隙掉落到下面的振動篩上，掉落到振動篩上的物料除了豆莢，還有小石頭等，在振動篩的作用下，小石頭被振動落下排出，豆莢沿傾斜篩面滑落到后面的集料箱中，完成豆莢清選，華而不實較大的雜草和豆莖葉隨著光軸一直向后滾動，進(jìn)而滑落到田里。這種清選裝置使帶有雜質(zhì)的物料得以分開，同時把莖葉和雜草等較大尺寸雜物去除掉，能夠非常近似知足傳統(tǒng)清選裝置的工作條件。圖4滾軸篩構(gòu)造示意圖1．滾軸篩軸;2．滾軸篩孔;3．傳動軸;4．傳動齒輪。3、鮮食大豆剝殼技術(shù)鮮食大豆剝殼機主要有割刀式和軋輥式兩類。20世紀(jì)80年代，我們國家從日本進(jìn)口割刀式鮮食大豆剝殼機，該型剝殼效果良好，也存在一些缺點，該機設(shè)計機械構(gòu)造較繁瑣，維修困難，價格不菲，直接制約了該機在我們國家的大量使用?，F(xiàn)前階段，我們國家鮮食大豆剝殼機普遍應(yīng)用的產(chǎn)品為軋輥式鮮食大豆剝殼機。該型式鮮食大豆剝殼機的主要組成部分包括儲料倉、軋輥、機架、引流板、導(dǎo)流板和傳動裝置等部件，其工作原理是首先把豆莢通過送料裝置喂入到儲料倉中，偏心軸在電動機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，由于偏心的作用，偏心軸持續(xù)發(fā)生上下浮動，豆莢均勻分布在橡膠輸送帶上，輸送帶將豆莢輸送至導(dǎo)流板，進(jìn)而掉落到軋輥之間，根據(jù)豆莢的物理特性，設(shè)置軋輥間隙，兩者反向旋轉(zhuǎn)，通過兩軋輥對豆莢的擠壓作用，對豆莢進(jìn)行仿生脫殼，模擬人工，豆莢中豆粒遭到軋輥的擠壓，將豆粒從豆莢中擠出來，豆粒和豆殼發(fā)生分離，實現(xiàn)脫粒剝殼。4、結(jié)論重點分析了鮮食大豆豆莢脫莢技術(shù)的原理，主要包括螺旋刷子式滾筒豆莢脫莢技術(shù)、滾筒單彈齒式脫莢技術(shù)、雙脫莢輥式脫莢技術(shù)和雙彈指式鮮食大豆采摘技術(shù)等。通過對鮮食大豆關(guān)鍵機械化技術(shù)包括豆莢脫莢技術(shù)、高效清選技術(shù)、剝殼技術(shù)等技術(shù)的研究與分析，為我們國家鮮食大豆高效全程機械化裝備的研制提供了基礎(chǔ)技術(shù)理論，有利于我們國家鮮食大豆產(chǎn)業(yè)化程度的進(jìn)一步提高。以下為參考文獻(xiàn)[1]童一寧，樓婷婷，姚愛萍，等．浙江省青毛豆全程機械化研究及發(fā)展建議[J]．農(nóng)業(yè)工程，2021,(7):17-20．[2]王顯鋒，張紅梅，徐新華，等．自走式菜用大豆摘莢機的設(shè)計[J]．大豆科學(xué)，2021,34(2):310-313．[3]王顯鋒．自走式菜用大豆摘莢機關(guān)鍵部件設(shè)計[D]．鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020．[4]涂福泉，李恒，肖程，等．雙彈指毛豆采摘裝置的設(shè)計與試驗[J]．農(nóng)機化研究，2020(3):8